第一章概论.

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1 第一章概论

2 1.1 计算机网络的产生与发展 计算机网络的发展过程是计算机与通信（C&C, Computer and Communication）的融合过程。计算机网络的发展过程经历了60年代萌芽，70年代兴起，70年代中期到80年代发展和网络互连，90年代网络计算和国际互连网等几个过程。

3 面向终端的计算机网络 60年代： 　　面向终端分布的计算机系统　 　　计算机--终端系统是计算机与通信结合的前驱，把多台远程终端设备通过公用电话网连接到一台中央计算机构成所谓面向终端分布的计算机系统，解决远程信息收集、计算和处理。根据信息处理方式的不同，它们还可分为实时处理连机系统、成批处理连机系统和分时处理连机系统。计算机--终端系统虽还称不上计算机网络，但它提供了计算机通信的许多基本技术，而这种系统本身也成为以后发展起来的计算机网络的组成部分。因此，这种终端连机系统也称为面向终端分布的计算机通信网。也有人称它为第一代的计算机网络。图1.1是这类计算机网的示意图。其中，M--调制解调器，T--终端。

4 面向终端的计算机网络 (a) 每个终端占有一条通信线路。在主机边通过线路复用控制器MCU和各终端相连

5 面向终端的计算机网络 　(b) 在主机边设置前置通信处理机FEP，由FEP专门负责与远程终端的通信，减轻主机的负担，让主机专门负责数据处理、计算任务。

6 面向终端的计算机网络 　(c) 在远程终端比较集中的地方加一终端集中器，其一端用多条低速通信线路与各终端相连，在另一端通过一条高速线路与主机相连。这样，可以减少通信线路的数量和降低成本费用。

7 面向通信的计算机网络 70年代： 　　分组交换数据网(PSDN)出现 　　传统的电路交换技术不适合计算机数据的传输，因为计算机的数据是突发式和间歇性的出现在传输线路上，在整个占线期间，真正传送数据的时间往往不到10%甚至1%。另外，呼叫过程相对传送数据来说也太长，因此就要寻找一种新的方式。

8 面向通信的计算机网络 70年代，以美国国防部高级研究计划局DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）的ARPANET为代表，采用崭新的"存贮转发--分组交换"原理，它标志着计算机网络的兴起。ARPANET所采用的一系列技术，为计算机网络的发展奠定了基础。ARPANET中提出的一些概念和术语至今仍被引用。因此，它有分组交换网之父的殊誉。而分组交换网的出现则被公认为现代电信时代的开始。此后，许多大学、研究中心、各企业集团、各主要工业国家纷纷研制和建立专用的计算机网和公用交换数据网。

9 面向通信的计算机网络 动画给出了这种存储转发的计算机网络的示意效果

10 面向通信的计算机网络 70年代： 　　分组交换数据网（PSDN）出现 　　ARPANET不仅开创第二代计算机网络。它的影响之深远，还在于由它开始发展成今天在世界范围广泛应用的国际互连网络Internet。它的TCP/IP协议族就已成为事实上的国际标准。

11 面向通信的计算机网络 ARPNET是由一种通信子网（Communication Subnet）和资源子网（Resource Subnet）组成的两级结构的计算机网络。由接口报文处理机IMP（Interface Message Processor）和它们之间互连的通信线路一起负责主机Host之间的通信任务，构成了通信子网，实现信息传输与交换。由通信子网互连的主机组成资源子网，它负责信息处理、运行用户应用程序、向网络用户提供可共享的软硬件资源。当某主机（例如H1）要与远地另一主机（例如H2）通信、交换信息。H1首先将信息送至本地直接与其相连的IMP暂存，通过通信线路沿着适当的路径（按一定原则静态或动态的选择的）转发至下一IMP暂存，依次经过中间的IMP中转，最终传输至远地的目的IMP，并送入与之直接相连的目的主机。

12 面向通信的计算机网络 　如此，由IMP组成的通信子网，完成信息在通信双方各IMP之间的存贮--转发（Store and forward）任务。采用这种方式，使通信线路不为某对通信双方所独占，大大提高昂贵的通信线路的利用效率。ARPANET中存贮--转发的信息基本单元是分组（Packet），它是将整个要交换的信息报文（Message）分成若干信息分组，对每个分组按存贮--转发的方式在通信子网上传输，因此把这种以存贮--转发方式传输分组的通信子网又称为分组交换数据网（PSDN）。

13 面向通信的计算机网络 　80年代： 　　LAN和互连网发展、综合业务数字网ISDN和智能网IN的出现 　·局域网 　　局域网三种基本的拓扑结构是：总线型、环型和星型。 　　市场提供的三种实用的传输介质是双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质的无线LAN也正在受到重视和发展。 　　介质访问控制技术主要是：载波监听多路访问/冲突监测（CSMA/CD）、令牌传递（Token Passing）、时间片访问控制（Slotted access）。

14 面向通信的计算机网络 　70年代中期由于微电子和微处理机技术的发展及在短距离局部地理范围内计算机间进行高速通信要求的增长，计算机局域网LAN（Local Area network）应运而生。进入80年代，随着办公自动化OA，管理信息系统MIS，工厂自动化CAD/CAM系统等各种应用需求的扩大，LAN获得蓬勃发展。 LAN典型的技术特征是：高传输速率（ Mbps），较短的距离（ Km），低误码率（ ）。由于巨大的市场和工业界的大规模介入，局域网产品不断涌现。但就其标准而言都在IEEE802（或ISO 8802）范围内。 决定局域网的主要技术要素有：拓扑结构、传输介质、介质访问控制技术和网络软件。它们决定着LAN的主要性能，如可传送的数据类型、传输速率和效率、网络的应用服务等。

15 1.1.2 面向通信的计算机网络 典型的LAN产品如下: 如较早的总线网Ethernet， 继之有3COM网；
面向通信的计算机网络 典型的LAN产品如下: 如较早的总线网Ethernet， 继之有3COM网； IBM的令牌环型网（Token Ring）； 光纤局域网FDDI等。 　　随着光纤技术的发展，近来又出现一种所谓城域网MAN（Motropolitan Area Network），它具有LAN的特性，却可分布在更广的范围（上百公里）和运行在更高的速率（30Mbps--1Gbps以上）。

16 面向通信的计算机网络 80年代： 　　LAN和互连网发展、综合业务数字网ISDN和智能网IN的出现 　·互连网与OSI的提出 　　80年代中，以ISO/OSI七层模型为参照，ISO和国际电报电话咨询委员会CCITT为各个层次制定了一系列协议标准，组成了一个庞大的基本标准集，同时也为OSI的应用和产品的最终实现制定功能标准或轮廓标准ISP（International Standardized profile）。 诚然，这些大量出现的第二代计算机网络，一方面促进了计算机网络的发展和应用。但由于这些网络大多是由研究单位、大学、应用部门或计算机公司各自研制开发利用的，没有统一的网络体系结构。如果要在更大的范围内，把这些网络互连起来，实现信息交换和资源共享，有着很大困难。客观需要计算机网络体系结构要由封闭式走向开放式。国际标准化组织ISO（International Standards Organization）及下属的计算机与信息处理标准化技术委员会TC97，经过多年卓有成效的努力，于1984年正式颁布了一个称为"开放系统互连基本参考模型"OSI（Open System Interconnection Basic Reference Model）的国际标准ISO/OSI 7498。自此，计算机网络开始了走向国际标准化网络的时代。国际标准化网络将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化的协议。目的是能支持各厂商生产的计算机系统互连。

17 面向通信的计算机网络 综合业务数字网ISDN 　　随着计算机技术、通信技术的发展和应用领域的扩大，通信网络和计算机网络技术一直在迅速发展。综合业务数字网ISDN正是这一发展的体现 诚然，这些大量出现的第二代计算机网络，一方面促进了计算机网络的发展和应用。但由于这些网络大多是由研究单位、大学、应用部门或计算机公司各自研制开发利用的，没有统一的网络体系结构。如果要在更大的范围内，把这些网络互连起来，实现信息交换和资源共享，有着很大困难。客观需要计算机网络体系结构要由封闭式走向开放式。国际标准化组织ISO（International Standards Organization）及下属的计算机与信息处理标准化技术委员会TC97，经过多年卓有成效的努力，于1984年正式颁布了一个称为"开放系统互连基本参考模型"OSI（Open System Interconnection Basic Reference Model）的国际标准ISO/OSI 7498。自此，计算机网络开始了走向国际标准化网络的时代。国际标准化网络将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化的协议。目的是能支持各厂商生产的计算机系统互连。

18 面向通信的计算机网络 　自1984年起，德国、英国、法国、美国和日本先后建立了ISDN实验网，并于1988年开始逐步商用化。至今，以64Kbps为基础的窄带ISDN技术已趋于成熟。其传输速率可达1.5Mbps（或2Mbps）。 　　以异步传输模式ATM，同步数字系列SDH/同步光纤网SONET为核心技术的宽带ISDN也正在迅速发展。其传输速率将从几兆（Mbps）到几千兆（Gagabps）。ISDN网的建立将给用户提供极方便的通信手段，用户只需提出一次申请，仅用一条用户线就可以将多种业务终端接入网内，按照统一的规程进行通信。提供传真（Faxsimile）、智能用户电报（Teletex）、电视数据（Teletext）、可视图文（Videotex）、可视电话（Video Phone）、视频会议（Video Conference）、电子邮件（ ）、遥控遥测（Telemetry 和Survelliance）等业务。在此基础上，可以开发多种增值业务。

19 面向通信的计算机网络 　·智能网IN 　　智能网IN（Intelligent Network），是在通信网多种新业务不断发展的情况下，要求运用计算机技术对通信网进行智能化自动管理的形势下产生的 智能网的概念由美国贝尔通信公司在1984年提出。1992年由CCITT予以标准化。这是一个能够快速、方便、灵活、经济和有效地生成和实现各种新型业务的系统，其目标是要为所有的通信网，包括公用电话网、分组交换网、ISDN、以及移动通信网等服务。尤其是ISDN和IN的融合最具有吸引力。智能网是由程控交换节点、7号公共信道信令网和业务控制计算机组成的电话通信网，在此基础上可以组建各种新型业务系统。

20 面向通信的计算机网络 　智能网的概念由美国贝尔通信公司在1984年提出。1992年由CCITT予以标准化。这是一个能够快速、方便、灵活、经济和有效地生成和实现各种新型业务的系统，其目标是要为所有的通信网，包括公用电话网、分组交换网、ISDN、以及移动通信网等服务。尤其是ISDN和IN的融合最具有吸引力。智能网是由程控交换节点、7号公共信道信令网和业务控制计算机组成的电话通信网，在此基础上可以组建各种新型业务系统。 智能网的概念由美国贝尔通信公司在1984年提出。1992年由CCITT予以标准化。这是一个能够快速、方便、灵活、经济和有效地生成和实现各种新型业务的系统，其目标是要为所有的通信网，包括公用电话网、分组交换网、ISDN、以及移动通信网等服务。尤其是ISDN和IN的融合最具有吸引力。智能网是由程控交换节点、7号公共信道信令网和业务控制计算机组成的电话通信网，在此基础上可以组建各种新型业务系统。

21 面向通信的计算机网络 　90年代： 　　现代网络技术和协同计算技术的发展 　·现代网络技术 　　现代网络技术一般指高速以太网（百兆、千兆网），三层交换技术、ATM技术和VLAN等一批技术。 智能网的概念由美国贝尔通信公司在1984年提出。1992年由CCITT予以标准化。这是一个能够快速、方便、灵活、经济和有效地生成和实现各种新型业务的系统，其目标是要为所有的通信网，包括公用电话网、分组交换网、ISDN、以及移动通信网等服务。尤其是ISDN和IN的融合最具有吸引力。智能网是由程控交换节点、7号公共信道信令网和业务控制计算机组成的电话通信网，在此基础上可以组建各种新型业务系统。

22 面向通信的计算机网络 　光纤技术的发展解决了线路传输速度慢的问题,同时新的应用要求网络能够提供速度更快的,支持多种业务的网络服务。因此共享型的10M速度的网络需要向更高速的网络升级,就出现了FDDI网络、快速以太网、高速以太网和交换式以太网以及ATM网络。在IP协议方面出现了三层交换等许多网络新技术。

23 面向通信的计算机网络 　协同计算与CSCW 　　随着计算机网应用业务的增长，地理范围的扩大，联网站点数的增加，网络产品的层出不穷，促使网络互连迅速发展。通过网络互连把各种信息"孤岛"连接成"超级"网络实现其互操作和协同工作成为人们研究如何利用网络支持协同工作的一个方向。计算机支持的协同工作CSCW这一概念最早是在1984年由美国 MIT 的Irene Greif 和 DEC 的 Paul Cashman 这两位研究人员用于描述他们正在组织安排的有关如何用计算机支持交叉学科的人们共同工作的课题时提出来的。

24 面向通信的计算机网络 　"计算机支持的协同工作"定义为： 　　地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项任务。它包括协同工作系统的建设、群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究、应用系统的开发等部分。通过建立协同工作的环境，改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍，节省工作人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率，从而提高企业、机关、团体、乃至整个社会的整体效益和人类的生活质量。　　　 如：共享文件系统提供的资源共享能力，电子邮件和多媒体会议系统提供的人与人之间的通信支持功能，工作流和决策支持系统的组织管理功能，一个企业如果有效地利用这些基本工具构造其企业协同管理信息系统，必将提高企业的管理水平和效益。我们把支持协同工作的计算机软件称为群件（Groupware）。CSCW是一个多学科交叉的研究领域。不仅需要计算机网络与通信技术、多媒体技术等计算机技术的支持，还需要社会学、心理学、管理科学等领域学者共同协作。计算机协同工作将计算机技术、网络通信技术、多媒体技术以及各种社会科学紧密地结合起来，向人们提供了一种全新的交流方式。

25 标准化的计算机网络 标准可分为两类： 　事实标准（from the fact） 　　由厂家制定的，未经有关标准化组织审定通过，但由于广泛使用形成了事实标准。 　法定标准（by law） 　　经有关标准化组织审定通过的标准。 　

26 标准化的计算机网络 相关标准化组织： ·国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union） 　　它的任务是国际电信的标准化。它有3个主要的部门：ITU-R，Radio communications Sector；ITU-T，Telecommunications Sector；ITU-D，Development Sector。 　　ITU-T的工作为电信标准化，它的前身为CCITT。它的成员为政府部门和电信厂商。 ·国际标准化组织（ISO，International Standards Organization） 　　它的成员为国家标准化组织，如美国的ANSI（American National Standards Institute）。 　　它的标准化程序：从CD（Committee Draft）到DIS （Draft International Standard），再到IS（International Standard）。 ·Internet体系结构委员会（IAB，Internet Architecture Board） 　　它是一个非正式的标准化组织。它分成IRTF（Internet Research Task Force）和IETF（Internet Engineering Task Force），前者关注长期的研究，后者处理短期的工程问题。 　　它的标准化程序：草案标准（DS，Draft Standard）到RFC （Request For comments），再到IS（Internet Standards）。

27 标准化的计算机网络 国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union） 　　它的任务是国际电信的标准化。它有3个主要的部门：ITU-R，Radio communications Sector；ITU-T，Telecommunications Sector；ITU-D，Development Sector。 　　ITU-T的工作为电信标准化，它的前身为CCITT。它的成员为政府部门和电信厂商。

28 标准化的计算机网络 ·国际标准化组织（ISO，International Standards Organization） 　　它的成员为国家标准化组织，如美国的ANSI（American National Standards Institute）。 　　它的标准化程序：从CD（Committee Draft）到DIS （Draft International Standard），再到IS（International Standard）。

29 标准化的计算机网络 ·Internet体系结构委员会（IAB，Internet Architecture Board） 　　它是一个非正式的标准化组织。它分成IRTF（Internet Research Task Force）和IETF（Internet Engineering Task Force），前者关注长期的研究，后者处理短期的工程问题。 　　它的标准化程序：草案标准（DS，Draft Standard）到RFC （Request For comments），再到IS（Internet Standards）。

30 表达层 Presentation Layer
OSI 七层结构体系 The OSI Architecture OSI 通信结 构体系的七层 Seven Layers of the OSI Communications Architecture 应用层 Application Layer 表达层 Presentation Layer 标准化的计算机网络 会话层 Session Layer 传输层 Transport Layer 网络层 Network Layer 数据链路层 Data Link Layer 物理层 Physical Layer 开放系统协议 Open Systems Protocol

31 1.2 计算机网络的定义与功能　 计算机网络的定义 随着技术的进步、应用的扩大，计算机网络技术也在不断发展。这里，我们按照计算机网络所具有的特性来定义： 计算机网络是通过通信设施（通信网络），将地理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互连起来，进行信息交换，实现资源共享、互操作和协同工作的系统。

32 计算机网络的定义　 这是一个广义的定义，它具有这样的一些特征： 　　首先，计算机网络是一互连的计算机系统的群体。这些计算机系统在地理上是分布的，可能在一个房间内，在一个单位里的楼群里，一个或几个城市里，甚至在全国乃至全球范围。 　　其次，这些计算机系统是自治的，即每台计算机是独立工作的，它们是在网络协议控制下协同工作的。 　　第三，系统互连要通过通信设施（网）来实现。通信设施一般都由通信线路、相关的传输、交换设备等组成。 　　第四，系统通过通信设施执行信息交换、资源共享，互操作和协作处理，实现各种应用要求。互操作（Interoperation 或interoperability）和协作处理（Interworking）是计算机网络应用中更高层次的要求特性。它需要有一种机制能支持互连网络环境下的异种计算机系统之间的进程通信、互操作，实现协同工作和应用集成。

33 计算机网络的功能　 不同的计算机网络是为不同的目的需求而设计和组建的，它们所提供的服务和功能也有所不同。下面列举了计算机网络可能提供的一些功能： 　·数据通信 　·资源共享 　·网络计算 　·集中控制 　·提高系统的可靠性 　·网络新服务 　　等等

34 计算机网络的功能　 计算机网络可能提供的一些功能如下： 　1: 数据通信： 　　终端与计算机、计算机与计算机之间能够进行通信，相互传送数据，从而方便地进行信息收集、处理、交换。 　2:资源共享： 　　用户可以共享计算机网络范围内的系统硬件、软件、数据、信息等各种资源。 　

35 计算机网络的功能　 计算机网络可能提供的一些功能如下： 　3:网络计算： 　　提供分布处理和均衡计算机负荷的功能，降低软件设计复杂性，提高系统效率。 　4:集中控制： 　　通过计算机网络可对地理上分布的系统进行集中控制，对网络资源进行集中的分配和管理。

36 计算机网络的功能　 计算机网络可能提供的一些功能如下： 　5:提高系统的可靠性： 　　藉助冗余和备份的手段提高系统可靠性。 　6:网络新服务： 　　开辟大量新的应用服务项目。(视频交互、网络支付等。)

37 1.3 计算机网络的分类与应用　 一个计算机网络可以从地域范围、拓扑结构、信息传输交换方式或协议、网络组建属性或用途等不同角度加以分类。

38 1.3.1 计算机网络的分类 按地域范围分类 从计算机系统之间互连距离和网络分布地域范围角度来看，分为三类。
计算机网络的分类　 按地域范围分类 　　从计算机系统之间互连距离和网络分布地域范围角度来看，分为三类。 ·局域网LAN，约1千米； 　·城域网MAN，约10千米； 　·广域网WAN，约100千米以上。 　由于覆盖范围大小不同，对硬件的要求也不同。

39 计算机网络的分类与应用　 2.按拓扑结构分类 　　网络拓扑结构是从网络拓扑的观点来讨论和设计网络的特性。也就是讨论网络中的通信节点和通信线路或信道的连接所构成的各种网络几何构形，用以反映出网络各组成成分之间的结构关系，从而反映了整个网络的整体结构外貌。实际上，这儿考虑的得更多的是通信子网的拓扑结构问题。 　　一般地讲，通信子网可以设计成两种通信（信道）类型：点对点通信（Point-to-Point）和广播通信（Broadcast）。

40 计算机网络的分类与应用　 点对点信道： 　　其特点是一条线路连接一对节点。两台主机常常经过几个节点相连接。信息的传输采用存贮转发方式。这种信道成的通信子网常见的拓扑结构有：①星形，②树形，③回路形，④相交回路形，⑤全连接形，⑥不规则形式分布式。如下图所示，图中圆点表示主机或交换设备。

41 计算机网络的分类与应用　 ·广播信道： 　　其特点是只有一条供诸结点共享的通信信道。由这种信道构成的通信子网的拓扑结构可有三种形式：①总线性，②环形，③卫星或无线广播通信方式。如下图所示。

42 计算机网络的分类　 3.按信息传输交换方式分类 　　根据信息在网内传输交换方式，可分为：电路交换和存储转发交换。而存储转发又可以分为 报文交换和分组交换。分组交换包括数据报交换和虚电路交换。 　　电路交换是通信双方建立一条物理连接后，数据沿着该连接到达目的地，数据传送时独享该连接；存储转发指数据被分成若干段，每段按照交换设备选定的路由独立地从源到目的地。

43 计算机网络的分类　 4.按网络组建属性分类 　　一个计算机网络，根据其组建、经营和用户，特别是它的数据传输和交换系统的拥有性，可以分为公用网和专用网两类。

44 计算机网络的分类　 4.按网络组建属性分类 ·公用网是由国家电信部门组建、经营管理、提供公众服务。任何单位部门，甚至个人的计算机和终端都可以接入公用网，利用公用网提供的数据通信服务设施来实现本行业的业务。 如163、169都属于公用网； 　

45 计算机网络的分类　 4.按网络组建属性分类 　·专用网往往是由一个政府部门或一个公司等组建经营，未经许可，其他部门和单位不得使用。其组网方式可以利用公用网提供的"虚拟网"功能或自行架设的通信线路。 各个公司、学校所建的局域网属于专用网。 　

46 计算机网络的应用　 网络应用几乎无所不在,网络正在不断进入到传统的其它与网络不太相关的领域。 例1:安全监控。 例2:CATV。

47 本章小结　 本章主要介绍了不同类型的网络及其特点，重点是按拓扑结构和信息传输方式的分类方法。其中按信息传输方式分成的电路交换和存储转发交换概念是今后理解计算机网络信息传输原理的基础，望大家好好体会它们的区别。

48 课后习题 1.名词解释： 分组交换数据网(PSDN)、综合业务数字网(ISDN)、智能网(IN)、CSCW。
课后习题　 1.名词解释：   　　分组交换数据网(PSDN)、综合业务数字网(ISDN)、智能网(IN)、CSCW。 2.计算机网络按信息传输方式分为哪几种？ 3.简述计算机网络的特征。 4.简述计算机网络的功能。